《地球科学概论》教学理念形成和课程体系建设

戴紧根，颜丹平，邱 亮，曹秀华

中国地质大学（北京）地球科学与资源学院，北京 100083

《地球科学概论》是我校面向地质学相关专业一年级学生的学科基础课。该课程主要讲授地球科学基础知识，涉及的主要学科包括地质学、地理学、地球物理学、气象学、海洋学、水文学、环境地学、天文地学、地球系统科学等。《地球科学概论》是一门理论性、实践性和应用性都很强的课程，同时也是学生专业入门的首门课程。在整个地学相关专业教学课程体系中，该课程承担着构建专业知识框架和体系、培养学生地学兴趣等重要任务。因此，《地球科学概论》课程教学质量深刻影响后续地质学核心专业课程的教学进度和效果。

该课程教学目标是：（1）使学生了解地球科学涉及主要学科领域的基本知识，全面深入地理解地质作用产生的原因、过程及结果, 并建立地球系统的概念；（2）使学生掌握地质学基本理论、研究方法和技能，理解资源与环境可持续发展的重要性，为后续高年级专业核心课程的学习和知识面的拓宽奠定必要的基础；（3）提高学生对地球科学的兴趣，引导学生踏入地球科学专业领域。同时，培养学生热爱自然、保护环境的情感和意识，使学生树立辩证唯物主义的自然观和艰苦奋斗、勇于探索、崇尚科学、为国奉献的正确人生观。

为了达到上述教学目标，我校《地球科学概论》教学团队近年来在继承已有深厚积累基础之上，就教学理念、课程体系、教学方式、教学内容等方面开展了一系列的教学改革和实践，提高了教学效果和培养了学生的兴趣。下面将对我校《地球科学概论》课程发展历程及取得成果、教学理念与教学方式、教师团队等方面进行详细梳理，有助于进一步探讨该门课程的教学体系及教学方法，希望为相关院校同类课程的建设提供一定的参考和借鉴。

1 课程发展历程与取得成果

1.1 课程发展历程

1952年北京地质学院建校之初，我校继承了北京大学和清华大学《普通地质学》的课程体系，该课程体系与Holmes的Physical Geology类似。1953年，采用了原苏联《普通地质学》中译本体系。1959年，马杏垣和庄培仁等老一辈地质学家以精简课程和加强实践教学为指导方针，对该课程体系做了很多新的建设。1986年，中国地质大学（北京）恢复本科招生，在万天丰、赵其强、汪新文等老师带领下，开始了新一轮的课程与实践教学建设，教师团队建设也同步启动。到1994~1995年，《普通地质学》全面扩展内容，并更名为《地球科学概论》。在1999年和2015年，汪新文等《地球科学概论》教材，以及在1999年和2000年，陶世龙等《地球科学概论》教材分别出版发行。颜丹平等在1999年出版了野外实习相关的实践教学教材《北京西山及长城地区野外地质实习指南》（中英文对照）。除此之外，该门课程配套的室内实习教材每年均内部出版。由此可见，我校《地球科学概论》课程具有深厚的历史底蕴和丰富的积累。

1.2 课程取得成果

本门课程经过长期积累和不断建设，取得了一系列教育教学成果。2003年建设成为我校第一门北京市精品课程（万天丰负责），2005年建设成为我校第一门国家精品课程（万天丰负责），2007年获得北京市优秀教学团队（颜丹平负责），2013年获批国家精品资源共享课程（颜丹平负责），2014年获批国家精品视频公开课程（颜丹平负责），2018年获黄大年式教学团队（王根厚负责），2019年获北京高校优秀本科育人团队（颜丹平负责），2020年获北京高校优秀本科课程重点项目（颜丹平负责）。在上述课程体系建设与改期基础上，该门课程的建设与改革成果还获得国家级教学成果二等奖1次，北京市教学成果一等奖1次、二等奖3次。

2 合乎时代的教学理念

教学理念是对教学活动的基本态度和观念，是从事教学活动的信念（颜丹平等，2015; 万天丰，2006）。任何一门课程的教育教学改革，首先需要构建合乎时代要求的教学理念。在长期的教学实践过程中，《地球科学概论》教学团队凝练形成的教学理念可以总结为以下四个方面。

2.1 因材施教和因才施教

根据多年教学问卷调查的结果，发现了地质学相关专业的学生数理化基础普遍较弱，教育和家庭背景差异极大。为了更好提高教学效果，使得基础参差不齐的学生能够得到较为系统的训练，本课程采用统一的教材，为绝大部分同学统一授课。上述授课方式，对于培养学生的基础知识，为后续可能从事地质相关专业的同学奠定坚实的专业基础。但是对于少部分有志于从事地质科学研究的同学，上述教学方式可能并不能满足。因此，我们提出了有教有类、因“才”施教的理念。具体措施就是对地质学理科基地班采取小班授课方式，积极开展启发式教学，并定期邀请国外大学知名教授开展英文授课。这种因“才”施教成果显著，据不完全统计，自2000年地质学理科基地班组建以来，已经有十余位毕业同学获得国家级人才计划，另有十余位同学在美国等欧美国家的一流大学获得教职。

2.2 引导重于施教

在《地球科学概论》课程的授课方面，以往存在的突出问题是教师讲授、学生被动听讲。这直接导致了学生学习效率低下，课堂氛围不够活跃，部分同学上课听讲不认真等。其实，这也是我国高校在课程授课方面与欧美等国家存在的差距（密文天等，2021）。因此，以往授课模式需要改变，需要将学生从被动听讲转变为积极学习，激发他们的学习热情和培养独立思考的能力（孙柏年等，2019）。为了实现这一目标，首先是需要树立“引导重于施教”的理念，然后是建立启发式、互动式的教学模式。具体来讲，（1）在讲解某一概念时，需要多启发同学如何理解该概念的内涵、外延以及与相关概念的联系和对比，并将相似或者同一类概念进行体系关联；（2）在讲授核心知识点时，通过与同学互动，将相关知识构架进行发散并联和串联，从而使得同学对相关知识点有更加深入的理解；（3）在授课过程中，针对某些知识点，定期选择相关话题，提前布置学生去查阅相关资料和检索相关文献，并以小组为单位共同讨论，可以随机点名组内一名同学进行回答，从而做到让学生积极主动参与到课堂中，学会如何学习的能力。上述这些教学环节有助于学生初步建立中文文献阅读和专业英文文献阅读的能力、研究型学习与科学研究融合的能力。

2.3 培养学生兴趣

《地球科学概论》作为学科基础课，具有不可替代的作用，将为后续专业核心课程打基础。地质学相关课程最大的特色是实践课，该门课程设置了一半学时，即32个学时的实践课程，包括矿物、表层地质作用、沉积构造与古生物化石、岩浆岩、变质岩、构造模型、地形图与罗盘使用、地质图等实验室实践课，也包括了校内地质博物馆和虎峪地区的野外实习等室外实践课。这些形式多样的实践课程，将为学生从理解书本抽象知识到观察实际标本和具体地质现象提供一个重要的窗口。在授课过程中，采取先带学生观察、然后指导学生如何观察，以及从哪些角度分析进行实例讲解。在讲授过程中，教师团队尽量将对各类标本和野外露头的专业理解和热爱表达出来，这有助于潜移默化地培养学生对地质学的兴趣。讲授完成后，其他内容则要求学生通过小组讨论，鼓励学生就观察到的现象与书本描述是否一致，存在的相同点和差异点等方面提出思考，激发学生的探索精神。

对于地质学理科基地班，我校还每年选拔部分同学开展跨国、跨地区交流实践。这样特殊的实践活动，将给参与实践的学生带来不一样的经历，让他们不仅仅可以了解不一样的地质情况，也能让他们更好去理解中外教学理念和文化方面的差异，进一步激发他们的学习热情和内在驱动力。据不完全统计，自2012年以来，我校开展了本科生跨国、跨地区地质实践实习一共60余次。

2.4 建立地球系统科学思维

随着社会的发展和科学技术的进步，人们越来越意识到对地球资源的利用和对地球环境的保护同等重要。而要做到这看似矛盾的两个方面的统一，需要进一步加强不同学科之间的融合，阐述地球系统的演化规律。在国家需求方面，目前地球科学面临最迫切的问题是要为解决碳排放与碳达峰和碳中和之间矛盾提供可行的科学和技术支撑。因此，不论是全球前沿研究还是国家需求方面，地球科学都面临了研究内涵和发展方向亟待转变的局面。强调多层圈相互作用的地球系统科学将是未来地球科学发展的最重要方向，而通过地球系统科学的研究，则为解决资源、能源、环境协调发展提供重要理论支撑，进而更好地认识与保护宜居地球。因此，我们教学团队适应地球科学发展方向，提出将地球系统科学理论贯穿到整个课程之中。从地球系统科学的角度，试图阐述不同圈层及其之间的相互作用，有助于同学们建立地球系统科学的思维。

3 团结合作的高水平教师团队

任何一门课程要完全实现教学目标、取得良好的教学效果，关键在于建设高素质、高水平、团结合作的教师团队。目前我校《地球科学概论》教学团队一共有15名教师，其中教授6人，副教授6人，讲师和实验师3人，博士学位14人，硕士学位1人。6人有国外大学一年以上访问学习经历，为该门课程融合国外教学经验打下了较好基础。在年龄方面，大于55岁7人，45~54岁2人，38~44岁2人， 小于38岁4人（图1）。国家级教学名师、国家万人计划教学名师1人，北京市教学名师3人。由此可见，我们教学团队教师年龄、职称结构均非常合理。为了更好拓宽地质视野和丰富教学内容，教学团队每年开展1~2次国内交流和野外集体考察与备课活动（图2），取得了良好的效果，进一步增强了团队之间的凝聚力。

图1 中国地质大学（北京）《地球科学概论》教学团队教师组成Fig.1 Faculty of the teaching team of “Introduction to Earth Science” at China University of Geosciences(Beijing)

图2 中国地质大学（北京）《地球科学概论》教学团队在野外集体备课Fig.2 The teaching team of “Introduction to Earth Science” at China University of Geosciences (Beijing) collectively conducted field trip for lessons

团队内教师之间平等相待，相互支持，相互理解。老教师以身作则，发挥示范引领作用，主动承担了更多的教学工作量，使得青年教师能更好地平衡教学与科研的关系，助力青年教师逐渐走上关键岗位，挑起该门课程教学任务的大梁。目前团队中的青年教师中有1人获得国家自然基金委优秀青年基金，1人获得中科院百人计划，1人晋升正教授，全部青年教师晋升副教授。

4 教材建设与教学体系

在教材建设方面，我校已经出版了《地球科学概论》两本教材，分别是汪新文等《地球科学概论》教材和陶世龙等《地球科学概论》教材。其中前者以地质作用为主线，从宇宙中的地球到地球表层与深部地质作用，按照顺序依次安排相关章节，符合教师教学心理预期，但是多圈层相互作用是该教材授课的弱项。而后者以层圈结构为主，从行星地球到地球不同圈层，再到地球系统科学等，符合地球科学未来发展趋势，但是地质学相关内容的教学相对薄弱，课堂组织体系较性较弱。因此，为了更好利用上述两本教材的优点，我们教学团队采取了模块化教学。将所有章节内容进行模块化，如将今论古等内容列为G1模块，地质年代与地球圈层为G2模块，地质作用为G3模块，地球形成与地球系统科学为G4模块，而资源、环境与可持续发展为G5模块。

为达到将5个模块交叉融合的教学目的，教学过程中，根据授课对象有机地将上述两本教材、甚至与国外优秀教材相结合。对于地质学相关专业的班级，主要以汪新文等《地球科学概论》教材为主，有助于地学相关专业的同学更加深入理解各类地质过程。同时，在教学过程中，教学团队始终从地球系统科学的角度去串联起各个章节内容，从而达到了既强调地质作用过程，又不乏圈层相互作用的地球系统科学知识体系。由此可见，模块化的教学体系，使得我们能够很好发挥两本教材的各自优势。而对于地质学理科基地班，在教学过程中，使用Hamblin 和 Christiansen（2001）和Hubble等（2002）作为参考教材，并选定其中的部分内容要求同学们阅读和讲授。

5 教学方式的改革与实践

教学方式改革需要紧密围绕培养方案来设计，而主要原则是回答以下三个问题：（1）如何激发学生学习兴趣？（2）如何引导学生向往专业核心课程的学习？如结晶学与矿物学、岩石学、古生物学与地层学、构造地质学等？（3）如何为一年级北戴河地质认识实习和二年级周口店地质实习教学服务？

在上述原则方针指导下，教学团队首先对教学方案进行了系统改革，将理论课程与实践课程学时对半分，即理论学习32个学时和实践课（包括课间野外实习）32个学时。可以看出，上述课时分配体现了该门课程的实践特色，也为后续暑期野外实践奠定了良好的基础。除此之外，还对地质学基地班开展了小班授课和研讨式教学。在实践方面，增加了设计型、综合型实践教学，如增加了自我设计型（虎峪课间野外）实习和综合型（博物馆、校园地质体验）实习。

其次对教学方式进行了改革，从以往单一的课堂授课，逐渐过渡到课堂理论授课、室内和野外地质实践、平台在线学习和虚拟仿真野外实习等多种教学方式相结合。教学团队在2019年完成了《地球科学概论》课程中全部15章的MOOC视频录制，视频总数量达99条，覆盖课程全部教学内容；在2020年完成了线上实习课程录制。由于虚拟仿真在教学中能取到很好的补充和增强的作用（强伟帆等，2020），教学团队也完成了虎峪野外虚拟实习路线和三维虚拟现实视频等方面的制作。由于疫情原因，2020.02~2020.06春季学期，《地球科学概论》课程的教学全部转为主要在超星平台上开展，教学团队还配合使用了其它平台（如腾讯会议、钉钉以及微信等），完成了37个教学班、约1200名同学的课程学习。据2022年05月31日查询，总计5804194人次登录。但是必须指出的是，线上课程应当坚持使用，但只能作为辅助教学手段，无法替代线下课程学习。

6 主要结论

本文介绍了中国地质大学（北京）《地球科学概论》课程的发展历程、体系建设和改革情况。阐述了4种教学理念的构建、形成过程与实施效果，通过（1）有教无类、因材施教和有教有类、因才施教；（2）引导重于施教；（3）培养学生兴趣；（4）建立地球系统科学思维，形成符合时代的教学理念。探索了模块化教学体系，有效结合了我校两本教材的特征，从而达到了重点章节突出但又具有地球系统科学的效果。强调了团结互助的高水平教学团队在课程建设和改革中具有关键作用，而我校将该门课程的理论学习和实践课程的学时对半，着重突出了该门课程的实践特色。教学方式也发生重要转变，从以往单一的教师课堂授课，逐渐过渡到课堂教师理论授课、室内和野外地质实践、平台学生自主在线学习和虚拟仿真野外实习等多种教学方式相结合。